快閃記憶體裝置和調節快閃記憶體裝置的讀電壓的方法

2023-05-04 09:44:46

專利名稱：快閃記憶體裝置和調節快閃記憶體裝置的讀電壓的方法
快閃記憶體裝置和調節快閃記憶體裝置的讀電壓的方法 相關申請的交叉引用本申請要求於2007年6月28日提交的韓國專利申請No.l0-2007-0064547 的優先權，在此併入其主題作為參考。技術領域此處公開的本發明涉及半導體存儲裝置。更具體地，本發明涉及能夠調 節讀電壓的快閃記憶體裝置。
背景技術：
半導體存儲裝置按照數據存儲通常被分為易失性存儲器或者非易失性存 儲器。易失性存儲器以高頻操作，但是在數據保持方面存在不足，因為它們 在沒有電源時會丟失數據。相反，非易失性存儲器在這方面有用，因為它們 不管是否提供電力都能夠保持數據。非易失性半導體存儲器包括例如只讀存 儲器(ROM)、掩膜ROM (MROM)、可編程ROM (PROM)、可擦除可編程ROM (EPROM)、以及電可擦除可編程ROM (EEPROM)。MROM、PROM和EPROM在更新內容方面通常被普通用戶認為不方便， 因為難以擦除數據和寫數據。然而，EEPROM日益被用作要求周期或者持續 更新的輔助存儲裝置或者系統編程工具，因為它們能夠電擦除數據和寫數據。 特別是，快閃EEPROM在集成度方面優於傳統的EEPROM，因此可以被有 利地用作高容量輔助存儲單元。NAND型快閃EEPROM(下文被稱作"NAND 快閃記憶體")在集成度方面通常優於其它類型的快閃EEPROM。如果需要，則快閃記憶體裝置是一種能夠存儲信息和讀出信息的集成電路。閃 存裝置包括多個用數據重寫的存儲單元。每個存儲單元可以存儲一位數據或 者多位數據。在單位存儲單元中存儲一位數據的情況下，該存儲單元以兩個 可能閾值電壓分布之一來配置(condition)，即兩個數據狀態"1"或者"0"中 的一個。通過比較，在單位存儲單元中存儲兩位數據的情況下，該存儲單元 以四個可能閾值電壓分布之一來配置。而且，在單位存儲單元中存儲三位數據的情況下，該存儲單元以八個閾值電壓分布之一來配置。最近，已經對單 位存儲單元中存儲四位數據的可能性進行了研究。發明內容本發明的 一方面提供了 一種包括單元陣列和讀電壓調節器的快閃記憶體裝置。 該單元陣列包括具有第 一多個存儲單元的第 一 區域和具有第二多個存儲單元 的第二區域。該讀電壓調節器參考從第二區域的第二多個存儲單元讀取的第 二數據來確定用於從第 一 區域的第 一多個存儲單元讀取第 一數據的讀電壓。在各個實施例中，所述第 一多個存儲單元和所述第二多個存儲單元可以 連接到相同的字線。所述第二區域的第二多個存儲單元可以被編程為最高狀 態。而且，所述第二區域的第二多個存儲單元可以通過索引讀電壓來讀出， 所述索引讀電壓可以是用於將所述第二區域的第二多個存儲單元編程為最高 狀態的校驗電壓。在各個實施例中，所述讀電壓調節器可以對來自第二數據的與接通單元 對應的位數進行計數。所述讀電壓調節器也可以基於對應於接通單元的位數 將讀電壓調節得更低。在各個實施例中，所述第 一多個存儲單元和第二多個存儲單元可以是多 電平單元，每個多電平單元存儲多位數據。所述單元陣列可以進一步包括多 個標記單元，用於表示所述第一多個存儲單元和第二多個存儲單元中存儲的 位數。所述第一多個存儲單元、第二多個存儲單元和多個標記單元可以連接 到相同的字線。在各個實施例中，所述第二區域可以包括多個對應於多位數據的頁的索 引區域。而且，根據通過至少一個標記單元讀出的頁信息，可以從屬於所述 多個索引區域之一的第二多個存儲單元讀出第二數據。每個索引區域可以包 括通過具有不同電平的索引讀電壓讀出的存儲單元。在各個實施例中，快閃記憶體裝置還可以包括被配置來生成讀電壓的高電壓發 生器。本發明的另一方面提供了一種快閃記憶體裝置，包括多個存儲單元、頁面緩衝 器、高電壓發生器和讀電壓調節器。每個存儲單元被包含在主區域、空白區 域和索引區域之一中。頁面緩沖器連接到多個存儲單元的位線。高電壓發生 器對多個存儲單元的字線提供讀電壓。讀電壓調節器參考從索引區域和空白區域的存儲單元讀取的第二數據來確定用於從主區域的存儲單元讀取第一數 據的讀電壓，並且用於設置高電壓發生器來生成讀電壓。在各個實施例中，所述多個存儲單元可以連接到相同的字線。而且，空 白區域的存儲單元可以包括用於存儲表示在主區域中編程的頁數的頁信息的 標記單元。所述索引區域可以包括多個單元區域，每個單元區域對應於頁數。在各個實施例中，所述多個單元區域可以包括多個存儲單元，所述多個 存儲單元可以分別通過具有不同電平的索引讀電壓來讀出。所述第二數據可 以包括頁信息和從與頁信息對應的多個單元區域的存儲單元讀取的索引數 據。在各個實施例中，所述讀電壓調節器可以對來自索引數據的與接通單元 對應的位數進行計數。所述讀電壓調節器也可以根據計數的位數來確定讀電 壓。而且，所述讀電壓調節器可以基於位數將讀電壓調節得更低。在各個實施例中，快閃記憶體裝置可以進一步包括命令寄存器和控制邏輯塊， 用於響應讀命令激活所述讀電壓調節器。本發明的又一方面提供了 一種多位快閃記憶體裝置的讀方法。所述方法包括 響應讀命令從屬於索引區域的存儲單元讀取索引數據；和參考所述索引數據 來調節讀電壓。在各個實施例中，所述讀方法可以進一步包括使用調節的讀電壓讀取屬 於主區域的存儲單元。在各個實施例中，索引區域的存儲單元可以被編程為與多位數據對應的 多個閾值電壓狀態中的最高閾值電壓狀態。而且，索引區域的存儲單元可以 通過索引讀電壓來讀出。索引讀電壓可以是最高閾值電壓狀態的校驗電壓。在各個實施例中，調節讀電壓可以包括對來自索引數據的與接通單元對 應的位數進行計數。而且，基於與接通單元對應的位數，可以將讀電壓調節 得更低。在各個實施例中，屬於索引區域和主區域的存儲單元可以連接到相同的 字線。而且，本發明的另一方面提供了一種多位快閃記憶體裝置的讀方法。該方法包 括響應於讀命令，讀取來自標記單元的頁信息；根據頁信息，從屬於多個 索引區域之一的存儲單元中讀取索引數據；參考索引數據來調節讀電壓；和 使用調節的讀電壓讀取屬於主區域的存儲單元。在各個實施例中，屬於索引區域和主區域的標記單元和存儲單元可以連 接到相同的字線。標記單元可以表示屬於主區域的存儲單元的失敗位的數目。 而且，標記單元可以至少包括表示第二頁是否被編程的第二標記單元、表示 第三頁是否被編程的第三標記單元和表示第四頁是否被編程的第四標記單 元。在各個實施例中，多個索引區域可以包括對應於第二頁的第二索引區域、 對應於第三頁的第三索引區域和對應於第四頁的第四索引區域。而且，第二 索引區域的存儲單元可以通過第二索引讀電壓來讀出，第三索引區域的存儲 單元可以通過第三索引讀電壓來讀出，並且第四索引區域的存儲單元可以通 過第四索引讀電壓來讀出。第二到第四讀電壓可以是相應於頁的最高狀態的 校驗電壓。在各個實施例中，調節讀電壓可以包括對來自索引數據的與接通單元對 應的位數進行計數。基於與接通單元對應的位數，可以將讀電壓調節得更低。 本發明的另一方面提供了一種包括快閃記憶體裝置和被配置來控制快閃記憶體裝置的存儲器控制器的存儲器系統。該快閃記憶體裝置被配置成包括單元陣列，包括具 有第 一多個存儲單元的第 一區域和具有第二多個存儲單元的第二區域；和讀 電壓調節器，用於參考從第二區域的第二多個存儲單元讀取的第二數據來確 定用於從第 一 區域的第 一多個存儲單元讀取第 一數據的讀電壓。本發明的另 一方面還提供了 一種包括快閃記憶體裝置和被配置來控制快閃記憶體裝置 的存儲器控制器的存儲器系統。該快閃記憶體裝置被配置成包括多個存儲單元、頁 面緩衝器、高電壓發生器和讀電壓調節器。每個存儲單元被包含在主區域、 空白區域和索引區域之一中。頁面緩沖器連接到存儲單元的位線。高電壓發 生器為存儲單元的字線提供讀電壓。讀電壓調節器參考從索引區域和空白區 域的存儲單元讀取的第二數據來確定用於從主區域的存儲單元讀取第 一數據 的讀電壓，並且用於設置高壓發生器來生成讀電壓。本發明的另 一方面提供了 一種包括存儲器系統和計算系統的信息處理系 統，包括存儲器系統作為存儲系統。該存儲器系統被配置成包括快閃記憶體裝置和 被配置來控制快閃記憶體裝置的存儲器控制器。該快閃記憶體裝置包括單元陣列，包括 具有第 一多個存儲單元的第 一 區域和具有第二多個存儲單元的第二區域；和 讀電壓調節器，用於參考從第二區域的第二多個存儲單元讀取的第二數據來 確定用於從第 一 區域的第 一多個存儲單元讀取第 一數據的讀電壓。本發明的另 一方面還提供了 一種包括存儲器系統和計算系統的信息處理 系統，包括存儲器系統作為存儲系統。該存儲器系統被配置成包括快閃記憶體裝置 和被配置來控制快閃記憶體裝置的存儲器控制器。該快閃記憶體裝置包括多個存儲單元、 頁面緩沖器、高電壓發生器和讀電壓調節器。每個存儲單元被包含在主區域、 空白區域和索引區域之一中。頁面緩衝器連接到存儲單元的位線。高電壓發 生器為存儲單元的字線提供讀電壓。讀電壓調節器參考從索引區域和空白區 域的存儲單元讀取的第二數據來確定用於從主區域的存儲單元讀取第一數據 的讀電壓，並且用於設置高電壓發生器來生成讀電壓。下面參考附圖提供了本發明的各個實施例的特性和優點的進一步描述。


將參考附圖來描述本發明的非限制性和非窮盡的實施例，其中除非特別規定，則相似的附圖標記指代相似的部件。附圖中圖1是示出由於多位快閃記憶體單元的電荷損失而造成的影響的圖解說明圖；圖2是示出根據本發明示例性實施例的存儲區域的構成圖；圖3是示出根據本發明示例性實施例的、在讀取索引區域的同時調節讀電壓的圖解說明圖；圖4是示出根據本發明示例性實施例的、基於通過讀取索引區域而產生的失敗位的數目的讀電壓組的示例表；圖5是根據本發明示例性實施例的快閃記憶體裝置的方框圖；圖6是示出根據本發明示例性實施例的用於調節讀電壓的方法的流程圖； 圖；圖8是示出根據本發明示例性實施例的標記單元和索引區域的構成圖； 圖9是示出根據本發明示例性實施例的參考讀電壓組的讀操作的流程圖；圖IO是本發明示例性實施例的存儲系統的方框圖；和 圖11是根據本發明示例性實施例的信息系統的方框圖。
具體實施方式
現在將參考附圖來更全面地描述本發明，附圖中示出了本發明的示例性 實施例。然而，本發明能夠以各種不同的方式來體現，並且不應當被曲解為 僅限於所圖解的實施例。相反，這些實施例被提供為示例，以便向本領域的 普通技術人員傳達本發明的概念。因此，對於本發明的一些實施例並沒有描 述已知的處理、組件和技術。整個附圖和書面的描述中，相似的附圖標記將 被用來指向相同或者類似的元件。在整個該描述中，高溫應力(hottemperature stress, HTS)被提供作為注入 到快閃記憶體單元的浮置柵極的電荷損耗的一般原因的示例。然而，應當理解為， HTS僅是導致電荷損失的許多潛在原因之一。而且，NAND快閃記憶體裝置被用作 用於描述和圖解根據本發明的各個實施例的特徵和功能的典型。將結合附圖來描述本發明的示例性實施例。所述實施例致力於能夠最小 化讀錯誤的多位快閃記憶體裝置以及用於在多位快閃記憶體裝置中調節讀電壓的方法。圖1是示出例如由於來自多位快閃記憶體單元的高溫應力(HTS)引起的電荷損 失造成的閾值電壓分布的變化的圖解說明圖。圖1示出了由正常編程操作形 成的目標閾值電壓分布10、 20、 30、 40以及由HTS引起的異常閾值電壓分 布25、 35和45。對於閾值電壓的第一狀態ST1，通過校驗電壓Vvfyl來編 程存儲單元。對於第二狀態ST2，通過校驗電壓Vvfy2來編程存儲單元。對 於第三狀態ST3，通過校驗電壓Vvfy3來編程存儲單元。在對目標分布20、 30和40編程之後，注入到存儲單元的浮置柵極的電子由於HTS可能洩漏(或 者丟失)。由於注入到浮置柵極的電子的洩漏，存儲單元的閾值電壓從目標分 布20、 30和40被分別偏移到分布25、 35和45。通常，用於4全索來自存儲 單元的數據的讀電壓被固定在固定電平，儘管具有閾值電壓分布的偏移。因 此，需要適當地偏移讀電壓，以便補償例如由於HTS的影響引起的偏移的閾 值電壓分布。偏移闞值電壓的程度或者比率根據闞值電壓的位置而變化。具體地，在 相同的HTS條件下，閾值電壓分布40移動到闊值電壓分布45,閾值電壓分 布30移動到閾值電壓分布35，以及閾值電壓分布20移動到閾值電壓分布25。 在閾值電壓分布當中，在偏移比率上可能存在差別。例如，對應於第三狀態 ST3的閾值電壓分布40和45 ;波此相差電壓差距AV3。對應於第二狀態ST2 的閾值電壓分布30和35彼此相差電壓差距AV2。類似地，對應於第一狀態 ST1的閾值電壓分布20和25彼此相差電壓差距AV,。電壓差距AV,、 AV2和AV3可以類似地彼此不同。因此，根據目標分布與當前分布之間的電壓差距而調節各自讀電壓50(Vvfy3、 Vvfy2和Vvfyl)。另夕卜，由於HTS的程度， 在來自浮置柵極的電子洩漏中也可能存在差別。因此，本發明的實施例能夠 檢測HTS程度並且參考檢測到的HTS程度來選擇調節讀電壓的比率。圖2是示出根據本發明示例性實施例的存儲區域的構成圖。基於通過例 如以字線或者存儲塊單元將存儲單元分配成圖2的區域而對由於HTS引起的 電荷損失率進行的量化，可以根據量化的HTS程度來調節讀電壓。參考圖2， 存儲單元在主區域100、空白區域110和索引區域120中。主區域100的存 儲單元被用外部提供的數據編程。空白區域110的存儲單元存儲有關主區域 100中存儲的數據的控制信息。具體地，在根據本發明示例性實施例的快閃記憶體 裝置中，空白區域IIO包括標記單元。該標記單元用來以編程的位數來指令 多位快閃記憶體單元。標記單元中存儲的數據可被稱作"頁信息"。根據示例性實施例的快閃記憶體裝置的單元陣列也包括與索引區域120對應的 存儲單元。索引區域120中包含的存儲單元被編程為主區域100中編程的多 位數據當中的最高閾值電壓狀態。在讀操作期間，響應於與HTS索引電平(HIL) 對應的讀電壓而讀取索引區域120的存儲單元。可以通過最高閾值電壓狀態 的校驗電壓來選擇HIL。從索引區域120讀出的數據可被稱作"索引數據"。 根據索引數據，通過對與接通單元對應的位數(邏輯"1")進行計數可以量化 電荷損失的程度。能夠獲得的電荷損失量化的程度(resolution)是基於索引區域 120中包含的存儲單元的數目的。在示例性實施例中，索引區域120可以包 括能夠形成與閾值電壓分布對應的曲線的存儲單元。例如，16或者32位元組 的存儲單元可被分配給索引區域120。含的存儲單元。為了描述簡潔，所述的示例性實施例被示出為連接到單條字 線的、被分配成主區域100、空白區域110和索引區域120的存儲單元的結 構。圖3是示出根據本發明示例性實施例的、在讀取索引區域120(HIF)的同 時調節讀電壓Vrd的圖解說明圖。參考圖3，屬於索引區域HIF的每個存儲 單元^^皮編程到最高狀態，形成相應的閾值電壓分布130。屬於主區域100(MF) 的存儲單元通過利用多位數據的編程操作，以具有對應於擦除狀態STO的閾 值電壓分布或者閾值電壓分布150、 160或者170之一來配置。然而，由於HTS,索引區域HIF的存儲單元的閾值電壓分布130可以朝 著閾值電壓分布140偏移。在HTS發生以後，主區域MF的存儲單元的閾值 電壓分別偏移到分布155、 165和175。如果通過仍未^f皮調節的讀電壓 180(Vrdl 、 Vrd2和Vrd3)讀取主區域MF，則尤其可能失敗地部分讀取閾值電 壓分布175中包含的存儲單元。換句話i^，當^f吏用未調節的讀電壓Vrd3來讀 出主區域MF的存儲單元時，從第三狀態ST3的存儲單元讀出的數據可能包 括錯誤。當使用調節的讀電壓190 (Vrdl'、 Vrd2，和Vrd3，)來讀出主區域MF 的存儲單元時，能夠沒有錯誤地或者成功地讀出主區域MF的存儲單元。默 認讀電壓180(Vrdl ~ Vrd3)到調節的讀電壓190(Vrdl， ~ Vrd3，)的調節補償了 由HTS引起的不利影響。通過讀取索引區域HIF和計數失敗位可以進行對讀 電壓190的這一調節。使用對應於HIL的索引讀電壓來執行讀出索引區域HIF的存儲單元。根 據索引數據，可以計數對應於接通單元(即失敗位)的位數。通過閾值電壓分布 140的陰影部分(在HIL以下)來表示對應於失敗位的存儲單元。相應的調節的 讀電壓的電平通過失敗位的數目來確定。在根據失敗位的數目確定調節讀電 壓的計數之後，可以設置高電壓發生器(未示出)來生成調節的讀電壓 190(Vrdl， ~ Vrd3，)。然後，對於主區域MF的存儲單元，使用調節的讀電壓 190來執行讀操作。根據索引區域HIF的讀操作和計數的失敗位的數目可以調節讀電壓。可 以通過索引區域HIF的讀操作實時地量化電荷損失程度。然後，在主區域的 讀操作中，使用調節的讀電壓190可以最小化讀錯誤。圖4是示出根據本發明示例性實施例的、在讀取索引區域HIF之後計數 的失敗位的數目和與失敗位的數目對應的調節的讀電壓電平的示例的表格。 參考圖4，在索引區域HIF中的存儲單元的讀操作之後，對失敗位的數目進 行計數。然後，根據計數的結果，確定調節的讀電壓的電平。圖4的表格示 出了圖3中所示的包括兩位存儲單元(2位MLC)的示例。為了說明目的，假 設索引區域HIF中包含的存儲單元的數目對應於32位元組。通過索引區域HIF的讀操作，對由於電荷損失(或者電荷洩漏)而生成的 失敗位的數目進行計數。根據失敗位的數目來確定分別對應於偏移的閾值電 壓分布155、 165和175的調節的讀電壓Vrdl'、 Vrd2，和Vrd3，。如果沒有衝企 測到失敗位的數目或者如果檢測到的失敗位的數目小於參考值，則不調節讀電壓。如圖4所示，當失敗位的數目被檢測為在1到8位的範圍內時，與閾值 電壓狀態對應的讀電壓被調節為比默認讀電壓Vrdl、 Vrd2和Vrd3分別低第 一預定調節電平AVn、 AV2,和AV^。當失敗位的數目被檢測為在9到40位 的範圍內時，與閾值電壓狀態對應的讀電壓被調節為比默認讀電壓Vrdl 、 Vrd2 和Vrd3分別低第二預定調節電平AVu、 AV22和AV》當失敗位的數目被檢 測為在41到160位的範圍內時，與閾值電壓狀態對應的讀電壓被調節為比默 認讀電壓Vrdl、 Vrd2和Vrd3分別低第三預定調節電平AV13、 AV23和AV33。 當失敗位的數目被檢測為大於161位(20位元組)時，與閾值電壓狀態對應的讀 電壓^C調節為比默認讀電壓Vrdl、 Vrd2和Vrd3分別低第四預定調節電平 AV14、 AV24和AV34。在實施例中，與較高閾值電壓對應的讀電壓具有較高的 調節電平。例如，第一調節電平與其它調節電平關係如下AVn〈AV2卜AV3,。應當理解，如圖4所示的上面關於讀電壓的調節電平和失敗位數討論的 維數和單位是用於解釋本發明的示例性實施例的示例。例如，可以基於編程 頁數來修改對應於調節電平的讀電壓的分組模式(grouping pattern)。圖5是根據本發明示例性實施例的快閃記憶體裝置的方框圖。參考圖5,如下 所討論的，讀電壓調節器250參考從索引區域HIF讀取的數據，設置用於讀 出主區域MF的存儲單元的讀電壓的最佳電平。快閃記憶體裝置200包括用於存儲數據的單元陣列，該單元陣列被劃分為主區 210、空白區220和索引區230(例如，分別對應於圖2中所示的主區域100、 空白區域110和索引區域120)。區210、 220和230參考列地址而被劃分 (sector)。主區210存儲外部提供的數據。例如，在普通NAND快閃記憶體中，多個 存儲單元串聯連接到單條字線。HTS通常迫使存儲單元的閾值電壓向下偏移。 空白區220存儲控制信息，諸如壞塊數據或者糾錯數據(ECC數據)。更具體 地，空白區220包括標記單元，其被布置成對應於字線並且通過相應的字線 存儲頁信息。例如，對於多位存儲單元結構，單位存儲單元存儲多位的數據。 頁信息表示在連接到相應字線的存儲單元中存儲了多少位數據。索引區230 包括用於讀出例如由於HTS引起的電荷損失程度的存儲單元。屬於索引區 230的存儲單元被編程為最高閾值電壓狀態，因此它們首先受到HTS影響。 索引區230中包含的存儲單元然後被HIL讀出。因此可以量化HTS影響並且 通過對讀出位中的失敗位的數目進行計數可以估計HTS影響。在多位快閃記憶體裝置200中，單元陣列的區210、 220和230包括多位單元， 每個存儲m位數據(其中m是大於1的正整數)。在示例性實施例中，使用提 供給單位字線的編程電壓將要被同時編程的頁數據寫入到存儲單元。在讀操 作期間，連接到單位字線的存儲單元中存儲的頁數據被讀出並且被頁面緩沖 器240鎖存，同時讀電壓被提供給字線。因此，讀電壓可被調節的最小單位 對應於字線。在最佳條件下對於多條字線各自選擇讀電壓。字線可被分割地 分配到偶數頁和奇數頁，並且對於該偶數頁和奇數頁可以單獨地提供讀電壓。 當單位多位存儲單元被以多位編程時，根據本實施例，對於多位數據的每頁 可以進4亍讀電壓調節。頁面緩沖器240根據操作模式操作為寫驅動器電路或者讀出放大器電 路。在編程操作中，在區210、 220和230中的將被編程的頁數據被載入到頁 面緩衝器240。載入的頁數據被傳送到位線並且在存儲單元中被編程。在讀 操作中，頁面緩衝器240操作來讀出和鎖存單元陣列的區210、 220和230的 所選存儲單元中存儲的數據。讀電壓調節器250對屬於字線或者單元陣列的區210、 220和230中包含 的單位頁的存儲單元設置最佳讀電壓。如果輸入讀命令，則命令寄存器和控 制邏輯塊260進行讀操作的整個控制功能。具體地，響應於讀命令，命令寄 存器和控制邏輯塊260將控制信號發送到讀電壓調節器250用於執行讀電壓 調節。讀電壓調節器250響應於控制信號，提供HIL的讀電壓用以讀出索引 區230的存儲單元。通過頁面緩沖器240將讀索引數據提供給讀電壓調節器 250。讀電壓調節器250參考向其傳送的索引數據來對失敗位的數目進行計 數。失敗位的數目對應於具有低於圖3所示的HIL的閾值電壓的存儲單元的 數目。讀電壓調節器250參考計數的失敗位的數目來選擇讀電壓。讀電壓調節 器250包括通過失敗位的數目選擇的讀電壓組。每個讀電壓組包括對應於每 個閾值電壓狀態或者分布的調節的讀電壓信息。讀電壓調節器250控制高電 壓發生器270來生成選擇的一個讀電壓。在通過高電壓發生器270調節讀電 壓之後，讀操作開始使用調節的讀電壓來讀出主區210的存儲單元。在該讀 操作期間，通過輸入/輸出緩衝器(未示出)外部地輸出從主區210讀出的數據。命令寄存器和控制邏輯塊260響應於從快閃記憶體裝置200的外部系統(例如存 儲器控制器)輸入的讀命令，提供用於激活讀電壓調節器250的控制信號。按照控制信號，讀電壓調節器250讀出索引區230(即，HIF)的存儲單元，並且 參考讀出結果來調節高電壓發生器270的讀電壓。高電壓發生器270將字線電壓提供給由區210、 220和230組成的單元陣 列。高電壓發生器270根據操作模式將具有各種電平的字線電壓選擇性地提 供給字線。在編程搡作期間，高電壓發生器270將編程電壓Vpgm提供給所 選的字線。在讀操作期間，高電壓發生器270提供讀電壓Vrd用以讀取耦接 到所選字線的所選頁。具體地，根據本發明的示例性實施例，高電壓發生器 270能夠對所選字線提供特定於該字線的讀電壓。根據讀取索引區230(或者 索引區域HIF)的結果，高電壓發生器270被設置來生成單獨通過字線的頁調 節的讀電壓。高電壓發生器270能夠將最佳的讀電壓提供給每條字線。另外 地，高電壓發生器270能夠提供對應於單位字線的頁的最佳讀電壓。為了將最佳讀電壓提供給每條字線的頁，高電壓發生器270包括設置寄 存器271。該設置寄存器271存儲用於生成字線的最佳讀電壓的設置數據。 設置寄存器217中存儲的設置數據是為最佳讀電壓準備的，每個最佳讀電壓 分別對應於字線的頁。從讀電壓調節器250中生成並且從讀取索引區230的 結果中獲得該設置數據。在讀取索引區230用於設置最佳讀電壓的同時，高 電壓發生器270提供高解析度的讀電壓。行解碼器280響應於行地址來選擇字線。行解碼器280將讀電壓(或者字 線電壓)進一步傳送到被選字線。使用上述的結構，根據本發明描述的實施例，快閃記憶體裝置200能夠提供對 字線的頁最佳的讀電壓。通過設置最佳讀電壓，快閃記憶體裝置200能夠減少或最 小化讀操作中的讀錯誤。圖6是示出根據本發明示例性實施例的用於通過圖5的讀電壓調節器250 調節讀電壓的方法的流程圖。圖6示出了讀電壓調節器250對索引區230(或 者索引區域HIF)的讀操作和高電壓發生器270的設置寄存器271的設置操作。 讀電壓調節器250通過進行索引區230的讀操作來得到由於HTS引起的電荷 損失程度，並且根據電荷損失程度來調節讀電壓。將結合附圖來描述讀電壓 調節器250進行的索引區230的讀操作和對讀電壓的設置操作。首先，從快閃記憶體裝置200的外部系統輸入讀命令(S10)。響應於該讀命令， 命令寄存器和控制邏輯塊260生成並傳送控制信號到讀電壓調節器250，該 讀電壓調節器250開始響應於該控制信號而調節讀電壓。讀電壓調節器250參考索引電平HIL而進行對索引區230(或者索引區域HIF)的讀操作(S20)。通 過頁面緩沖器240來讀出和鎖存索引區230的存儲單元(或者索引單元)中存儲 的數據。讀命令可以是例如用於單位頁的讀命令。因此，頁面緩衝器240也 將讀出和鎖存來自#:選頁的主區210(或者主區域MF)的數據。讀電壓調節器 250僅選擇從索引區230的存儲單元讀出和鎖存的索引數據。讀電壓調節器250參考向其輸入的索引數據來對失敗位的數目進行計數 (S30)。失敗位與由於HTS引起的電荷損失程度成比例地產生，對應於具有比 索引電平HIL低的閾值電壓的存儲單元。因此，計數失敗位相當於計數索引 數據中包含的接通單元的數目(即邏輯"1"的數目)的操作。根據失敗位的數目的計數，讀電壓調節器250參考失敗位的數目來選擇 與閾值電壓狀態或者分布對應的讀電壓。通常，如圖4的表格所示，讀電壓 調節器250能夠選擇參考失敗位數調節的讀電壓的組。而且，讀電壓調節器 250設置高電壓發生器270來生成選擇的一個讀電壓(S40)。例如，高電壓發 生器270的設置寄存器271接收用於生成選擇的讀電壓的代碼。在調節讀電 壓之後，對主區210執行讀取相應於第一讀命令的頁(S50)。在讀取主區210 之後，外部地輸出頁面緩衝器240中鎖存的讀數據(S60)。通過讀操作，索引區域的存儲單元被通過索引電平HIL讀出為索引數據。 根據該索引數據，失敗位被計數來估計由於HTS引起的閾值電壓的變化。然 後，讀電壓被調節成對應於估計的值，並且使用該調節的讀電壓從主區域中 讀出主數據。該讀操作有助於減少或者最小化讀錯誤。圖7示出了編程多位快閃記憶體裝置(例如，四位快閃記憶體裝置)之後的閾值電壓分 布。參考圖7，四位快閃記憶體裝置的存儲單元以彼此不同的頁為條件。類似地， 存儲單元具有閾值電壓窗口和按照頁的讀邊界。因此，必須按照頁而在彼此換句話說，通過在編程第一頁(最低有效位(LSB)頁)之後將一位數據編程 到快閃記憶體單元，存儲單元被充電為兩個閾值電壓狀態之一。然而，在編程兩位 數據之後(例如，在第二頁編程之後)，存儲單元以四個閾值電壓狀態之一來配 置。在編程三位數據之後(例如，在第三頁編程之後)，存儲單元達到八個閾值 電壓狀態之一。在編程四位數據之後，存儲單元相應地生成十六個閾值電壓 狀態或者分布之一。因此，即使在編程任一頁時，闊值電壓分布很可能由於 存儲單元的HTS引起的來自浮置柵極的電荷損失而偏移。因此，用於通過字線選擇讀電壓的最佳電平的技術可以改進按照頁分配最佳讀電壓的功能，如 下所述。而且，第一頁(對應於LSB)的閾值電壓狀態的讀電壓可被調節或者不根 據用戶的需要來調節。閱值電壓分布的偏移在編程LSB頁時相對不重要。在第二頁編程之後，第二頁編程對閾值電壓分布的影響比LSB頁編程對 閾值電壓分布的影響更顯著。因此，通過第二頁編程，存儲單元以四個閾值 電壓狀態ST0、 ST1、 ST2、和ST3之一來配置。當輸入讀命令時，讀電壓調 節器250通過讀出來自空白區220(或者空白區域)的標記單元來獲得頁信息。 當頁信息被檢測表示已經對第二頁進行了編程操作時，根據索引電平HIL—2 對索引區230(或者索引區域HIF)進行讀操作。讀電壓調節器250參考從索引 區230讀出的索引數據來計數失敗位。讀電壓調節器250根據所計數的失敗 位的數目來確定最佳讀電壓。第三頁編程對閾值電壓分布產生的HTS影響比第二頁編程對閾值電壓分 布產生的HTS影響更顯著。因此，在第三頁編程之後，存儲單元以八個閾值 電壓狀態STO、 ST1、 ST2、 ST3、 ST4、 ST5、 ST6和ST7之一來配置。當有 讀命令輸入時，讀電壓調節器250通過從空白區220讀出標記單元得到頁信 息。當頁信息表示第三頁已經被編程時，讀電壓調節器250通過索引電平 HIL—3調節用於對索引區230的讀操作的讀電壓。讀電壓調節器250參考索 引數據來計數失敗位。讀電壓調節器250也根據所計數的失敗位的數目來確 定用於讀取第三頁的最佳讀電壓。對應於第四頁(最高有效位(MSB)頁)的最佳讀電壓通過索引區230的讀操 作來確定，該索引區230被編程為與四位數據對應的閾值電壓狀態的最高一 個狀態。第四頁編程對閾值電壓分布產生的HTS影響比第三頁編程對閾值電 壓分布產生的HTS影響更明顯。因此，在第四頁編程之後，存儲單元以十六 個閾值電壓狀態STO、 ST1、 ST2、 ST3、 ST4、 ST5、 ST6、 ST7、 ST8、 ST9、 STIO、 STll、 ST12、 ST13、 ST14和ST15之一來配置。當輸入讀命令時， 讀電壓調節器250通過從空白區220讀出標記單元來得到頁信息。當頁信息 表示第四頁已經被編程時，讀電壓調節器250通過索引電平HIL—4調節用於 對索引區230的讀操作的讀電壓。讀電壓調節器250參考索引數據來計數失 敗位。讀電壓調節器250也根據所計數的失敗位的數目來確定用於讀取第四 頁的最佳讀電壓。在實施例中，讀電壓調節器250能夠通過偏移閾值電壓分布來僅對具有 高出錯概率的頁調節讀電壓。例如，可以僅對MSB頁或者MSB頁和第三頁 執行讀電壓的調節。為了按照頁調節讀電壓，由於大容量的用於按照字線的 頁生成最佳讀電壓的設置數據，高電壓發生器270的設置寄存器171必須具 有大數據存儲容量。圖8是示出根據本發明示例性實施例的、用於如圖7所示按照頁調節讀 電壓的空白區域和索引區域的構成圖。參考圖8，索引區域HIF(或者索引區 230)包括第二、第三和第四索引區HIF—2、 HIF—3和HIF—4(HIF—2 ~ HIF—4)， 用於讀出分別來自第二頁、第三頁和第四頁的HTS影響。索引區域HIF—2~ HIF_4中的每一個包括足夠的存儲單元來形成閾值電壓分布。例如，索引區 域HIF—2 ~ HIF—4中的每一個包括具有大約16位元組的容量的存儲單元。連同每個對應於多位數據的頁的索引區域HIF_2~HIF—4 —起，空白區 域(或者空白區220)包括對應於相應頁的標記單元FC2、 FC3和FC4 (FC2 FC4)。具體地，標記單元FC2 FC4中的每一個存儲頁信息。頁信息被 輸入到標記單元FC2、 FC3和FC4中的每一個，指示其中存儲了第一頁到第 四頁的哪一頁的數據。當輸入讀命令時，讀電壓調節器250讀出與標記單元 FC2 FC4中存儲的頁信息對應的主區域(或者主區210)的被編程頁(被稱作 "編程頁")。讀電壓調節器250通過讀出與檢測到的編程頁對應的索引區域 來計數失敗位的數目。圖9是示出根據本發明示例性實施例的讀電壓發生器250的讀操作的流 程圖。參考圖9，基於主區域的編程頁來確定最佳讀電壓，並且相應地設置 高電壓發生器270。為了討論目的，對於選擇的字線而選擇按頁的最佳讀電 壓，跳過用於選擇一條字線的步驟。下面參考附圖描述讀電壓調節器250的 操作、檢測頁信息、按頁數據讀取索引區域(或者索引區230)、以及選擇和設 置讀電壓。調節讀電壓以從快閃記憶體裝置的外部系統接收讀命令開始(SIOO)。響應於該 讀命令，讀電壓調節器250讀出所選字線的標記單元FC2 FC4(S105)。讀電 壓調節器250檢測來自對應於MSB頁的標記單元FC2 FC4的頁信息。確定標記單元FC4中存儲的頁信息(SllO)。當標記單元FC4中存儲的頁 信息是"0"時，這意味著主區域(或者主區210)的存儲單元已經被編程到第 四頁。因此，讀電壓調節器250對第四索引區域HIF 4進行讀#:作，以便設置與第四頁對應的讀電壓。為此，頁面緩衝器240被重置，並且第四索引區 域HIF—4的存儲單元參考索引電平HIL_4而被讀出。讀電壓調節器250從基 於讀出結果輸出的索引數據中計數失敗位。根據所計數的失敗位的數目，選 擇讀電壓的最佳組用以讀取第四頁數據(S115)。然後，根據選擇的讀電壓組讀 出主區域的存儲單元的數據(S 140)。否則，當標記單元FC4中存儲的頁信息是'T，時，這意味著主區域的 存儲單元存儲了少於四位數據的多位數據。因此，讀電壓調節器250檢驗來 自標記單元FC3的頁信息(S120)。當標記單元FC3中存儲的頁信息是"0"時， 這意味著主區域的存儲單元已經被編程到第三頁。因此，讀電壓調節器250 對第三索引區域HIF—3進行讀操作，以便設置與第三頁對應的讀電壓。為此， 頁面緩衝器240被重置，並且第三索引區域HIF_3的存儲單元參考索引電平 HIL一3而被讀出。讀電壓調節器250計數來自作為讀出結果輸出的索引數據 的失敗位。根據所計數的失敗位的數目，選擇讀電壓的最佳組用以讀取第三 頁數據(S125)。然後，根據選擇的讀電壓組讀出主區域的存儲單元的數據 (S140)。當標記單元FC3和FC4中存儲的頁信息都是"1"時，這意味著主區域 的存儲單元存儲了少於兩位數據的數據。因此，讀電壓調節器250檢驗來自 標記單元FC2的頁信息(S130)。當標記單元FC2中存儲的頁信息是"0"時， 這意味著主區域的存儲單元已經被編程到第二頁。因此，讀電壓調節器250 對第二索引區域HIF—2進行讀操作，以便設置與第二頁對應的讀電壓。為此， 頁面緩沖器240被重置，並且第二索引區域HIF—2的存儲單元參考索引電平 HIL_2而被讀出。讀電壓調節器250計數來自作為讀出結果示出的索引數據 的失敗位。根據所計數的失敗位的數目，選擇讀電壓的最佳組用以讀取第二 頁數據(S135)。然後，根據選擇的讀電壓組讀出主區域的存儲單元的數據 (S140)。當標記單元FC2 FC4中存儲的頁信息都是'T，時，這意味著在主區域 中僅第一頁數據被編程。因此，讀電壓調節器250指示在主區域的存儲單元 中第一頁數據被編程，並且頁面緩衝器240被控制來外部地輸出其鎖存的數 據(S150)。因此，參考與另外提供用以讀電壓調節的、與頁對應的標記單元的頁信 息，讀取索引區域。通過從索引區域計數失敗位的數目，在選擇和設置最佳讀電壓之後，對主區域進行讀操作。通過該讀電壓設置順序，快閃記憶體裝置能夠 提供減少的或者最小化的讀錯誤。圖10是根據本發明示例性實施例的包括多位快閃記憶體裝置310的存儲系統 300(諸如存儲卡或者固態盤(SSD))的方框圖。快閃記憶體裝置310可以與例如圖5 所示的裝置相同。參考圖10，存儲器系統300支持大容量數據存儲。根據所 述的實施例，存儲器系統300也包括存儲器控制器320，用於控制主機與閃 存裝置310之間的數據交換的整個操作。存儲器系統300的快閃記憶體裝置310生 成對應於字線和字線的頁的最佳讀電壓，並且使用該最佳讀電壓進行讀操作。出的數據，從而對存儲器系統300提供高可靠性。器控制器320的處理器322的操作存儲器。主機接口 323包括連接到存儲卡 300的主機的數據交換協議。檢錯和糾錯(ECC)塊324檢測和糾正例如從多位 快閃記憶體裝置310讀出的數據中的錯誤。存儲器接口 325與快閃記憶體裝置310接口。 處理器322進行與存儲器控制器320的數據交換的一般操作。儘管未示出， 但是對於本領域技術人員來說明顯的是，例如存儲卡的存儲器系統300可以 進一步包括只讀存儲器(ROM)，其例如可以存儲與主機接口的代碼數據。在存儲器系統300，從快閃記憶體裝置310中示出具有最少錯誤的讀數據。盡 管通過減少讀錯誤，可以通過ECC塊324檢測到任何錯誤並且可以糾正任何 錯誤，但是快閃記憶體裝置310減輕了 ECC塊324上的負擔。另外地，存儲器系統300可被配置成SSD。在這種情況下，相對於SSD 的糾錯，進一步減少了 ECC塊324的操作負擔。因此，存儲器系統300能夠 完成更高質量和更快的讀操作。儘管未示出，但是存儲器系統300可被提供 為能夠例如通過組合應用晶片組、諸如CMOS圖像傳感器(CIS)的相機圖像處 理或者移動DRAM來交換大容量數據的信息處理設備。圖11是根據本發明示例性實施例的配備有快閃記憶體系統410的信息處理系統 400的方框圖。參考圖11,快閃記憶體系統410內嵌於信息處理系統400中(其可以 是例如行動裝置或者膝上型電腦)。信息處理器系統400包括通過總線460連 接到快閃記憶體系統410的中央處理單元(CPU)450,該快閃記憶體系統410包括存儲器控 制器411和快閃記憶體裝置412。 RAM 440、用戶接口 430和數據機420類似 地連接到總線460。快閃記憶體系統410可以與上述的存儲卡或者快閃記憶體系統基本相同地構造。快閃記憶體裝置412通過存儲器控制器411存儲由用戶接口 430或者CPU 450提供的數據。CPU 450和其它系統組件對應於配備有快閃記憶體系統410的主機，可被提供 有來自快閃記憶體系統410的非常可靠的數據。快閃記憶體系統410可被組織為SSD,在 這種情況下，信息處理系統400可被提供有高頻和高可靠性的數據，從而具 有減少的糾錯負擔。儘管圖11中未示出，但是該系統可被進一步配備有應用 晶片組、相機圖像處理器(例如，CIS)、移動DRAM等等。快閃記憶體或者快閃記憶體系統可以通過各種類型的封裝來安裝，包括層疊封裝 (PoP)、球柵陣列(BGA)、晶片規模封裝(CSP)、塑料式引線晶片承載封裝 (PLCC)、塑料雙列直插式封裝(PDIP)、窩伏爾形式的模芯(Die in Waffle Pack)、 晶片形式的模芯(Die in Wafer Form)、晶片直接貼裝技術(COB)、陶瓷雙列直 插式封裝(CERDIP)、塑料^^制四方扁平封裝(MQFP)、薄型四方扁平封裝 (TQFP)、小外型封裝(SOIC)、縮小外型封裝(SSOP)、薄型小尺寸封裝(TSOP)、 薄型四方扁平封裝(TQFP)、單列直插式封裝(SIP)、多晶片封裝(MCP)、晶片 級製造封裝(WFP)、晶片級處理堆棧封裝(WSP)、或者晶片級處理封裝(WSP)。如上所述，本發明提供了能夠通過按字線和頁調節讀電壓以便補償例如 由於HTS引起的閾值電壓分布偏移來減少和/或最小化讀錯誤的快閃記憶體裝置或 者存儲器系統。儘管已經參考示例性實施例描述了本發明，但是本領域的普通技術人員 將會明白，在不背離本發明的精神和範疇的情況下可以進行各種各樣的變化 和修改。因此，將會理解上面的實施例不是限制性的而是說明性的。
權利要求
1.一種快閃記憶體裝置，包括單元陣列，包括具有第一多個存儲單元的第一區域和具有第二多個存儲單元的第二區域；和讀電壓調節器，用於參考從第二區域的第二多個存儲單元讀取的第二數據來確定用於從第一區域的第一多個存儲單元讀取第一數據的讀電壓。
2. 如權利要求1所述的快閃記憶體裝置，其中所述第一多個存儲單元和所述第 二多個存儲單元連接到相同的字線。
3. 如權利要求2所述的快閃記憶體裝置，其中所述第二區域的第二多個存儲單 元被編程為最高狀態。
4. 如權利要求3所述的快閃記憶體裝置，其中所述第二區域的第二多個存儲單 元通過索引讀電壓來讀出。
5. 如權利要求4所述的快閃記憶體裝置，其中所述索引讀電壓是用於將所述第 二區域的第二多個存儲單元編程為最高狀態的校驗電壓。
6. 如權利要求5所述的快閃記憶體裝置，其中所述讀電壓調節器對來自第二數 據的與接通單元對應的位數進行計數。
7. 如權利要求6所述的快閃記憶體裝置，其中所述讀電壓調節器基於對應於接 通單元的位數將讀電壓調節得更低。
8. 如權利要求1所述的快閃記憶體裝置，其中所述第一多個存儲單元和第二多 個存儲單元是多電平單元，每個多電平單元存儲多位數據。
9. 如權利要求8所述的快閃記憶體裝置，其中所述單元陣列進一步包括多個標 記單元，用於表示所述第一多個存儲單元和第二多個存儲單元中存儲的位數。
10. 如權利要求9所述的快閃記憶體裝置，其中所述第一多個存儲單元、第二 多個存儲單元和多個標記單元連接到相同的字線。
11. 如權利要求IO所述的快閃記憶體裝置，其中所述第二區域包括多個對應於 多位數據的頁的索引區域。
12. 如權利要求11所述的快閃記憶體裝置，其中所述第二數據是根據由至少一 個標記單元讀出的頁信息從屬於所述多個索引區域之一的第二多個存儲單元 中讀出的。
13. 如權利要求12所述的快閃記憶體裝置，其中每個索引區域包括通過具有不同電平的索引讀電壓讀出的存儲單元。
14. 如權利要求1所述的快閃記憶體裝置，還包括 被配置來生成讀電壓的高電壓發生器。
15. —種快閃記憶體裝置，包括多個存儲單元，每個存儲單元被包含在主區域、空白區域和索引區域之一中；連接到多個存儲單元的位線的頁面緩衝器；高電壓發生器，用於對多個存儲單元的字線提供讀電壓；和讀電壓調節器，用於參考從索？ 1區域和空白區域的存儲單元讀取的第二數據來確定用於從主區域的存儲單元讀取第一數據的讀電壓，並且用於設置高電壓發生器來生成讀電壓。
16. 如權利要求15所述的快閃記憶體裝置，其中所述多個存儲單元連接到相同 的字線。
17. 如權利要求16所述的快閃記憶體裝置，其中空白區域的存儲單元包括用於 存儲表示在主區域中編程的頁數的頁信息的標記單元。
18. 如權利要求17所述的快閃記憶體裝置，其中所述索引區域包括多個單元區 域，每個單元區域對應於頁數。
19. 如權利要求18所述的快閃記憶體裝置，其中所述多個單元區域包括多個存引'讀電壓來讀出。
20. 如權利要求19所述的快閃記憶體裝置，其中所述第二數據包括頁信息和從 與該頁信息對應的多個單元區域的存儲單元讀取的索51數據。
21. 如權利要求20所述的快閃記憶體裝置，其中所述讀電壓調節器對來自索引 數據的與接通單元對應的位數進行計數。
22. 如權利要求21所述的快閃記憶體裝置，其中所述讀電壓調節器根據計數的 位數來確定讀電壓。
23. 如權利要求22所述的快閃記憶體裝置，其中所述讀電壓調節器基於位數將 讀電壓調節得更低。
24. 如權利要求15所述的快閃記憶體裝置，還包括命令寄存器和控制邏輯塊，用於響應於讀命令而激活所述讀電壓調節器。
25. —種多位快閃記憶體裝置的讀方法，所述方法包括響應於讀命令而從屬於索引區域的存儲單元中讀取索引數據；和 參考所述索引數據來調節讀電壓。
全文摘要
一種快閃記憶體裝置包括單元陣列和讀電壓調節器。所述單元陣列包括具有第一存儲單元的第一區域和具有第二存儲單元的第二區域。所述讀電壓調節器參考從第二區域的存儲單元讀取的第二數據來確定用於從第一區域的第一存儲單元讀取第一數據的讀電壓。
文檔編號G11C16/26GK101335047SQ20081012929
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月30日 優先權日2007年6月28日
發明者姜東求 申請人:三星電子株式會社